CN102517991A - 用于纸张表面施胶的改性淀粉及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纸张表面施胶的改性淀粉及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：将水和乳化剂混合，得淀粉乳，各个组分的重量百分比为：淀粉30～40％，乳化剂0.02～0.06％，水余量，加入缓溶剂，升温至45-60℃，加入催化剂调节体系的pH为11～12，加入阳离子醚化剂水溶液，反应，用中和剂调体系pH至6.5-9.0，得阳离子淀粉，阳离子醚化剂为三乙胺与环氧氯丙烷的反应产物；加入粘度稳定剂，搅拌分散，然后收集固体产物，即为所述的用于纸张表面施胶的改性淀粉。本发明能有效的提高纸张表面强度，同时减少浆内助留、助滤剂和废水絮凝剂的用量。生产工艺简单，留着率高。

Description

用于纸张表面施胶的改性淀粉及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种用于纸张表面施胶的改性淀粉及其制备方法和应用。

背景技术

为了赋予纸张表面有好的平滑度和强度，人们往往通过表面施胶剂改性淀粉的办法来解决。通常采用氧化淀粉，但这种淀粉与纤维亲和性差，损纸回抄时，大部分进入白水系统，使系统BOD和COD值增加，对环保非常有害，同时影响系统Zeta电位，进而影响纸机抄造，而写表面强度不好。由于阳离子淀粉与阴离子纤维和填料具有很强的吸附作用，能很好的被纤维留着，并有减少环境污染。因此国内外争相研制适用于纸张表面施胶的阳离子淀粉，但普通的阳离子淀粉由于其年度和稳定性等方面的原因，不能直接用于表面施胶，必须通过继续改性，以控制其粘度并保证其糊液的稳定性，降低阳离子淀粉的粘度，通常的做法是将淀粉进行氧化，而目前普遍使用次氯酸钠作用氧化剂，但次氯酸钠的反应速度缓慢，在氧化过程中将造成大量可溶性糖类物质的溶出，并产生含氯致癌物质，对生产和环境都造成很大的影响。中国专利文献CN1275991A公开了一种“改性淀粉”，其生产路线是氧化-酯化反应，酯化反应为阴离子反应，它能提高淀粉糊液粘度稳定性等特性，但是对纤维亲和力差，对纸厂形成废水污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于纸张表面施胶的改性淀粉及其制备方法和应用，以克服已有技术所存在的不足。

所述的用于纸张表面施胶的改性淀粉表面施胶淀粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)将水和乳化剂混合，得淀粉乳，各个组分的重量百分比为：

淀粉    30～40％

乳化剂    0.02～0.06％

水    余量。

搅拌下加入缓溶剂，升温至45-60℃，加入催化剂调节体系的pH为11～12；

所述的淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉及马铃薯淀粉中的一种；

所述乳化剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵，加入量为淀粉重量的4-10％；

所述的缓溶剂为硫酸钠、氯化钠、硫酸钾等中的一种，加入量为淀粉重量的5-10％；

所述的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵中的一种；

(2)加入阳离子醚化剂与水配制的水溶液，反应5～7小时，冷却，用中和剂调体系pH至6.5-9.0，得阳离子淀粉，测得取代度为0.02-0.05；

所述阳离子醚化剂为三乙胺与环氧氯丙烷的反应产物；

阳离子醚化剂水溶液的重量浓度为30～50％，阳离子醚化剂的用量为淀粉重量的5～10％；

所述的中和剂为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸或冰醋酸中的一种或两种；

(3)加入粘度稳定剂，搅拌分散，然后收集固体产物，即为所述的用于纸张表面施胶的改性淀粉；

所述的粘度稳定剂为醋酸乙烯酯、琥珀酸酐、二羧酸半酐、三聚磷酸钠中的一种或两种混合物，加入量为淀粉重量的2-5％；

所述阳离子醚化剂的制备方法，包括如下步骤：

将三乙胺加入重量浓度为30～36.5％的盐酸水溶液至溶液的pH为6.5～7.5，优选7，然后滴加环氧氯丙烷，滴加时间为0.5～1.5小时，反应2.5～3.5小时，然后从反应产物中收集阳离子醚化剂；

三乙胺和环氧氯丙烷的摩尔比为1∶1；

所述的收集采用本领域常规方法，例如采用减压浓缩后用丙酮洗涤；

本发明的基本原理是利用淀粉分子中的阳电荷取代基吸附纸浆纤维，使得在造纸损纸回用时，淀粉仍然吸附在纤维上，从而增加纸张强度，消除表面施胶淀粉对废水处理的影响，利用粘度稳定剂进行粘度控制，使得淀粉可以在较高浓度下使用，从而进一步提高纸张的表面强度和平滑度等指标。

本发明淀粉与带阴电性的纤维结合良好，大大减少纸厂污染的表面施胶淀粉的生产工艺。本发明工艺简单，反应时间短，同时不会生成有害副产物，减少了环境危害，更重要的是粘度稳定，表面性能优异，使纸张彩印色彩更鲜艳，且大大增加与纸张的亲和力，损纸回用几乎100％保留在纤维上。

本发明产品能有效的提高纸张表面强度，同时减少浆内助留、助滤剂和废水絮凝剂的用量。本发明产品分子中同时具有阳离子取代基和稳定基团。应用时需先用水浸泡15min-30min，在90-95℃保温10-15min；本发明产品能被纸纤维静电吸附，有效的提高纸张表面强度、印刷适性和鲜艳度，减小浆内助留、助滤剂和废水絮凝剂的用量，还具有生产工艺简单，留着率高等特点。

具体实施方式

实施例1

(1)醚化剂的制备：

在1000ml的四口烧瓶中加入64ml(0.8mol)的浓盐酸，用50ml去离子水稀释，常温下加入80.8g(0.8mol)的三乙胺，调pH值至中性。滴加74g(0.8mol)的环氧氯丙烷，约1小时滴加完毕。继续搅拌3个小时，反应完毕后生成无色透明液体。无分层现象。减压浓缩后，有白色晶体析出。用丙酮洗涤，干燥后，获得醚化剂，为3-氯-2-羟丙基三乙基氯化铵，称重为154g，产率为83.7％。

(2)阳离子淀粉的制备：

在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入185g去离子水和4g十六烷基三甲基氯化铵，搅拌10分钟后，加入100g玉米淀粉，得35％的淀粉乳，在搅拌下加入缓溶剂无水硫酸钠5g；继续搅拌10分钟后，加热升温至45℃，加入(催化剂)重量浓度为32％的氢氧化钠溶液至溶液的pH值为11.2，另一烧杯加入10g去离子水溶解5g步骤(1)获得的3-氯-2-羟丙基-三乙基氯化铵，然后加入到淀粉乳中，反应6个小时后，冷却至30℃，用中和剂盐酸调体系pH至为6.5；的阳离子淀粉，测得取代度为0.0225；

(3)在体系中加入粘度稳定剂醋酸乙烯酯2g，继续搅拌3个小时，过滤，用95％的食品级酒精洗涤三次，烘干，过筛得本发明产品。

实施例2

(1)醚化剂制备同实施例1

(2)在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入150g去离子水和10g十八烷基三甲基氯化铵，搅拌10分钟后，加入100g玉米淀粉，得40％的淀粉乳，在搅拌下加入缓溶剂氯化钠8g，继续搅拌10分钟后，加热升温至50℃，加入催化剂，重量浓度为32％的氢氧化钠溶液至溶液的pH值为12.0，另一烧杯加入10g水溶解7g醚化剂3-氯-2-羟丙基-三乙基氯化铵，然后加入到淀粉乳中，反应5个小时后，冷却至30℃，用中和剂磷酸调体系pH至为7.5；的阳离子淀粉，测得取代度为0.04。

(3)在体系中加入粘度稳定剂琥珀酸酐3g，继续搅拌3个小时，过滤，用95％的食品级酒精洗涤三次，烘干，过筛得本发明产品。

实施例3

(1)醚化剂的制备同实施例1

(2)在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入150g去离子水和10g十八烷基三甲基氯化铵，搅拌10分钟后，加入100g小麦淀粉，得40％的淀粉乳，在搅拌下加入缓溶剂氯化钠6g，继续搅拌10分钟后，加热升温至60℃，加入催化剂重量浓度为32％的氢氧化钾溶液至溶液的pH值为10.8，另一烧杯加入10g去离子水溶解8g醚化剂3-氯-2-羟丙基-三乙基氯化铵，然后缓慢加入到淀粉乳中，反应3个小时后，冷却至30℃，用中和剂硫酸调体系pH至为9.0；的阳离子淀粉，测得取代度为0.043。

(3)在体系中加入粘度稳定剂二羧酸半酐5g，继续搅拌1个小时，过滤，用95％的食品级酒精洗涤三次，烘干，过筛得本发明产品。

实施例4

(1)醚化剂的制备同实施例1

(2)在装有冷凝管、搅拌、温度计的四口烧瓶中，加入170g去离子水和8g十二烷基三甲基氯化铵，搅拌10分钟后，加入100g木薯淀粉，得37％的淀粉乳，在搅拌下加入缓溶剂氯化钠10g，继续搅拌10分钟后，加热升温至55℃，加入催化剂重量浓度32％的氢氧化钠溶液至溶液的pH值为12.5，另一烧杯加入10g去离子水溶解10g醚化剂3-氯-2-羟丙基-三乙基氯化铵，然后缓慢加入到淀粉乳中，反应4个小时后，冷却至30℃，用中和剂盐酸调体系pH至为8.0；的阳离子淀粉，测得取代度为0.05。

(3)在体系中加入粘度稳定剂三聚磷酸钠5g，继续搅拌2个小时，过滤，用95％的食品级酒精洗涤三次，烘干，过筛得本发明产品。

实施例5

操作条件：使用实施例1-4产品8％的糊化液，在120g瓦楞纸上用10#涂布棒进行涂布，涂布量为2g/m²，涂布后分别在110℃的烘箱中烘30s或120s取出，冷却至室温进行测定。测定结果如下：

从表可以看出，在同样的条件下，用于瓦楞纸涂布，在同样的涂布量下，使用本发明产品，表面强度大大提高，同时BOD和COD大幅度下降。

Claims (10)

1.用于纸张表面施胶的改性淀粉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将水和乳化剂混合，得淀粉乳，各个组分的重量百分比为：

淀粉    30～40％

乳化剂    0.02～0.06％

水    余量

搅拌下加入缓溶剂，升温至45-60℃，加入催化剂调节体系的pH为11～12；

(2)加入阳离子醚化剂与水配制的水溶液，反应5～7小时，用中和剂调体系pH至6.5-9.0，得阳离子淀粉；所述阳离子醚化剂为三乙胺与环氧氯丙烷的反应产物；

(3)加入粘度稳定剂，搅拌分散，然后收集固体产物，即为所述的用于纸张表面施胶的改性淀粉。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子醚化剂的制备方法，包括如下步骤：将三乙胺加入重量浓度为30～36.5％的盐酸水溶液至溶液的pH为6.5～7.5，然后滴加环氧氯丙烷，滴加时间为0.5～1.5小时，反应2.5～3.5小时，然后从反应产物中收集阳离子醚化剂；三乙胺和环氧氯丙烷的摩尔比为1∶1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铵中的一种。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，阳离子醚化剂水溶液的重量浓度为30～50％，阳离子醚化剂的用量为淀粉重量的5～10％。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述乳化剂选自十六烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十八烷基三甲基氯化铵，加入量为淀粉重量的4-10％。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的缓溶剂为硫酸钠、氯化钠或硫酸钾中的一种，加入量为淀粉重量的5-10％；

所述的中和剂为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸或冰醋酸中的一种或两种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘度稳定剂为醋酸乙烯酯、琥珀酸酐、二羧酸半酐、三聚磷酸钠中的一种或两种混合物，加入量为淀粉重量的2-5％。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述的淀粉为玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉及马铃薯淀粉中的一种。

9.根据权利要求1～8任一项所述方法制备的用于纸张表面施胶的改性淀粉。

10.根据权利要求9所述的用于纸张表面施胶的改性淀粉的应用，其特征在于，用于纸张表面施胶。